專利名稱：偏光轉(zhuǎn)換元件、偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用在透射式或反射式圖像投影設(shè)備中的偏光轉(zhuǎn)換元件、使用了該偏光轉(zhuǎn)換元件的偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)以及使用了該偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)的圖像投影設(shè)備。
背景技術(shù)：
在用在圖像投影設(shè)備中的液晶成像元件中，僅僅一個方向的偏光分量得到有效利用，并且與上述方向垂直的另一個方向的偏光分量造成對比度變差。因此，通過在液晶成像元件的前面段和后面段處設(shè)置偏光器來控制偏振方向。但是，從光源發(fā)出的光束為其偏振方向不是所述一個方向的非偏振光束。因此，在偏光器選擇所述一個方向的偏光分量時，光通量也變?yōu)橐话搿?br> 為了解決這個問題，通常在偏光器的前面階段中設(shè)置偏光轉(zhuǎn)換元件，它有效地使得從光源發(fā)射出的非偏振光束成為沿著一個方向的光束。在該偏光轉(zhuǎn)換元件中，非偏振光束通過偏振光束分光器基本上分成P偏振和S偏振，并且通過一個方法使這兩個偏振的其中一個方向轉(zhuǎn)動90°，從而使兩個偏振為相同的方向。因此，兩條光束的方向變得相同(例如，參照專利文獻1)。
使分開偏振中的一個的偏振方向轉(zhuǎn)動通常存在兩種方法。在第一種方法中，采用1/2波長板，即采用在兩個方向之間的折射率差異。在第二種方法中，使用兩個反射鏡，即在通過這兩個反射鏡反射分開的光束的同時適當?shù)卮_定兩個反射鏡的反射方向，從而使得總光束的方向為相同的方向。在第二種方法中，由于采用了通過反射鏡進行反射，所以能夠與波長無關(guān)地有效進行轉(zhuǎn)換；但是，由于來自圖像投影設(shè)備的照明光束具有一定的厚度，所以使用了反射鏡的偏光轉(zhuǎn)換元件的尺寸變得較大并且還有不容易形成用來將分開光束合并的光學系統(tǒng)。在偏光轉(zhuǎn)換元件分成多個部件并且將許多部件排列布置時，偏光轉(zhuǎn)換元件可以較??；但是布置這些反射鏡在邏輯上是可能的，但是實際上很困難。另一方面，在第一種方法中，由于使用了1/2波長板，所以容易布置這些1/2波長板。另外，由于設(shè)置在圖像投影設(shè)備的照明光學路徑上的蠅眼透鏡可以與1/2波長板一起使用，所以通常采用第二種方法。
圖27為一示意圖，顯示出透射式液晶圖像投影設(shè)備。圖28為一示意圖，顯示出反射式液晶圖像投影設(shè)備。這兩種類型都使用了液晶成像元件，并且具有偏振選擇性。另外，在這兩種類型中，使用了幾乎相同的照明光學系統(tǒng)。
首先將對在圖27中所示的透射式液晶圖像投影設(shè)備的操作進行說明。從光源1001例如白熾燈發(fā)出的非偏振光束在反射鏡1002處大致變?yōu)槠叫泄馐?，并且這些大致平行光束在光學積分器中輸入。光學積分器1003使得罩在成像元件上的光的照度一致，并且由一對蠅眼透鏡1003-1和1003-2構(gòu)成。蠅眼透鏡為這樣一種透鏡陣列，其中多個透鏡沿著長度和寬度方向布置。在蠅眼透鏡中的每個透鏡具有與成像元件類似的形狀。
透射穿過在第一蠅眼透鏡1003-1中的每個透鏡的光束通過第二蠅眼透鏡1003-2和設(shè)置在第二蠅眼透鏡1003-2后面的聚光透鏡投射在成像元件上。這樣，使得在成像元件上的照度分布均勻。
從光學積分器1003輸出的光束輸入在偏光轉(zhuǎn)換元件1004中。在偏光轉(zhuǎn)換元件1004中，對應(yīng)于蠅眼鏡頭的節(jié)距，布置有偏振光束分光器、反射膜表面、1/2波長板等。偏光轉(zhuǎn)換元件1004有效地將非偏振光束轉(zhuǎn)換成沿著一個偏振方向的光束。從偏光轉(zhuǎn)換元件1004輸出的光束透射穿過聚光透鏡1005，并且通過反射鏡1006反射，從而通過分色鏡將反射的光束分成紅色光束、綠色光束和藍色光束。這些分開的光束照射在成像元件上。
例如，透射穿過第一分色鏡1007的光束通過反射鏡1009反射，并且反射的光束通過透射穿過紅色聚光透鏡1014-1而照射在紅色液晶元件1015-1上。由第一分色鏡1007反射的光束通過第二分色鏡1008反射，并且反射的光束通過透射穿過綠色聚光透鏡1014-2而照射在綠色液晶元件1015-2上。透射穿過第二分色鏡1008的的光束經(jīng)由透鏡1010、反射鏡1011、透鏡1012和反射鏡1013通過透射穿過藍色聚光透鏡1014-3照射在藍色液晶元件1015-3上。
液晶元件1015-1、1015-2和1015-3為成像元件，并且根據(jù)紅色、綠色和藍色分量的圖像信號調(diào)制相應(yīng)的光束。通過彩色合成棱鏡1016使得透射穿過液晶元件1015-1、1015-2和1015-3的光束成為合成光束，并且通過投影透鏡10170將這些合成光束透射在屏幕1018上。
在圖28中所示的反射式液晶圖像投影設(shè)備的操作與在圖27中所述的那些基本上相同。但是，由反射鏡1006反射的偏振光束通過由分色鏡1021、反射鏡1022和1023以及分色鏡1024構(gòu)成的光學系統(tǒng)分成紅色、綠色和藍色偏振光束。紅色偏振光束透射穿過紅色偏振光束分光器1025-1和紅色反射式液晶1026-1，綠色偏振光束透射穿過綠色偏振光束分光器1025-2和綠色反射式液晶1026-2，并且藍色偏振光束透射穿過藍色偏振光束分光器1025-3和藍色反射式液晶1026-3。通過彩色合成棱鏡1016使得這些透射偏振光束成為合成光束。上面的操作與在圖27中的那些不同。
圖29A為一示意圖，顯示出用在液晶圖像投影設(shè)備中的偏光轉(zhuǎn)換元件。圖29B為一示意圖，顯示出用在液晶圖像投影設(shè)備中的另一種偏光轉(zhuǎn)換元件。
在圖29A中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件中，組件2020由偏振分離膜2021、反射膜2022和1/2波長板2023構(gòu)成。這些組件2020布置成適應(yīng)蠅眼透鏡2000的節(jié)距。偏振分離膜2021對于輸入光軸具有45°的斜度，并且反射膜2022與偏振分離膜2021平行地設(shè)置。從蠅眼鏡頭2000輸出的每條光束2010輸入在每個組件2020中，并且通過偏振分離膜2021分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)，然后反射光由反射膜2022進一步反射并且變?yōu)榕c透射光平行的光束。透射光(P偏振)或反射光(S偏振)中的任一個的偏振方向通過1/2波長板2023轉(zhuǎn)動，從而偏振方向變得相同。在該情況中，使反射光(S偏轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)動。由此，在輸入時刻是非偏振的光束2010轉(zhuǎn)換成具有相同偏振方向的光束。在圖29B中，在圖29A中所示的反射膜2022由與偏振分離膜2021類似的偏振分離膜2024代替，并且操作與在圖29A中的那些幾乎相同。
日本專利No.3492355在圖29A和29B中所示的偏振轉(zhuǎn)換元件中，非偏振光束可以有效地轉(zhuǎn)換成具有一個偏振方向的光束。但是，在圖29A中所示的偏振轉(zhuǎn)換元件中，需要兩個表面，即對于蠅眼透鏡的一個節(jié)距需要偏振分離表面和反射表面。換句話說，需要兩個部件，即需要其中形成有偏振分離表面的部件和其中形成有反射表面的部件。因此，必須粘接其數(shù)量為在蠅眼透鏡中的透鏡數(shù)量兩倍的部件。因此，需要許多工時。在實際大規(guī)模生產(chǎn)中，交替粘接其上形成有偏振分離膜的玻璃板和其上形成有反射膜的玻璃板，并且沿著相對于粘接表面成45°的方向切割粘接的產(chǎn)品，然后進行拋光。也就是說，制備出兩種玻璃板，并且需要其數(shù)量為在蠅眼透鏡中的透鏡數(shù)量兩倍的粘接次數(shù)。
因此，如上所述，需要許多工時。如圖29B所示，偏振分離膜還能夠用作反射膜；但是對于在蠅眼透鏡中的一個透鏡也需要兩個薄膜(表面)，并且不能減少玻璃板的粘接次數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了在現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了偏光轉(zhuǎn)換元件、使用了該偏光轉(zhuǎn)換元件的偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)以及使用了該偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)的圖像投影設(shè)備，其中減少了在制造偏光轉(zhuǎn)換元件中的粘接次數(shù)，并且提高了在制造偏光轉(zhuǎn)換元件中的生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種偏光轉(zhuǎn)換元件。該偏光轉(zhuǎn)換元件包括多個偏振分離部分和多個相位調(diào)制部分。光通量通過輸入給每一個偏振分離部分而分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。在偏振分離部分處反射的反射光通過在與光通量輸入給相鄰偏振分離部分的位置不同的位置處在相鄰偏振分離部分處再次反射而沿著與透射光的方向相同的方向輸出。相位調(diào)制部分設(shè)置在透射光或反射光的光路上，并且輸出光變?yōu)橄嗤钠?。在相對于偏振分離部分的入射角確定為45°±一些度數(shù)，例如大約為30°或60°時，在相鄰偏振分離部分處的光反射位置和光輸入位置是不同的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，相位調(diào)制部分以大致相同的間距設(shè)置在光輸出表面上。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，相位調(diào)制部分與偏振分離部分平行地設(shè)置在偏振分離部分的大致一半?yún)^(qū)域上，以便面對著偏振分離部分。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，相位調(diào)制部分與偏振分離部分平行地相鄰設(shè)置，并且第二相位調(diào)制部分與所述相位調(diào)制部分和偏振分離部分平行地設(shè)置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，擋光單元設(shè)置成阻擋除了在光輸入表面上的有效光路上的光之外的不必要的光。另外，偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱地設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，設(shè)有偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)。該偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)包括上述偏光轉(zhuǎn)換元件以及其透鏡間距為與偏光轉(zhuǎn)換元件的偏振分離部分的布置間距相同的布置間距。雙凸透鏡陣列或蠅眼透鏡設(shè)置在偏光轉(zhuǎn)換元件前面，并且透射穿過在雙凸透鏡陣列或蠅眼透鏡中的第i個透鏡的光通量輸入給第i個偏振分離部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種圖像投影設(shè)備，它通過投影光學系統(tǒng)投影具有偏振相關(guān)性的成像元件的圖像。該圖像投影設(shè)備包括位于用來照明成像元件的照明系統(tǒng)的光路上的上述偏光轉(zhuǎn)換元件。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在偏光轉(zhuǎn)換元件中，偏振分離部分使輸入的光通量分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)，并且還沿著與透射光相同的方向反射從相鄰偏振分離部分反射出的反射光。因此，不需要在傳統(tǒng)偏光轉(zhuǎn)換元件中所需的僅用于反射的反射膜(分離膜)。因此，通過只是設(shè)置其間距與在雙凸透鏡陣列或蠅眼透鏡中的透鏡間距相同的偏振分離部分可以獲得與在傳統(tǒng)偏光轉(zhuǎn)換元件中相同的效果，并且間距可以為在傳統(tǒng)偏光轉(zhuǎn)換元件中的間距的兩倍。由此，能夠提高生產(chǎn)率。另外，由于偏振分離部分可以與相位調(diào)制部分平行地設(shè)置，所以偏振分離部分可以緊密設(shè)置在相位調(diào)制部分上。因此偏振分離部分能夠高精度地設(shè)置，并且制造該偏光轉(zhuǎn)換元件變得容易。
另外，通過將偏光轉(zhuǎn)換元件與雙凸透鏡陣列或蠅眼透鏡組合從而能夠形成具有較低的光量損失的偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)。另外，可以在不改變傳統(tǒng)光學系統(tǒng)的情況下通過只是使用上面的偏光轉(zhuǎn)換元件或上面的偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)來實現(xiàn)圖像投影設(shè)備。
從參照附圖給出的優(yōu)選實施例的以下詳細說明中將更加清楚了解本發(fā)明的特征和優(yōu)點。


圖1為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)；圖2為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明該實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的另一個結(jié)構(gòu)；圖3為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第一基本結(jié)構(gòu)；圖4為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第二基本結(jié)構(gòu)；圖5為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第三基本結(jié)構(gòu)；圖6為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第四基本結(jié)構(gòu)；圖7為一示意圖，顯示出在圖3和4中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的端部的結(jié)構(gòu)；圖8為一示意圖，顯示出在圖5和6中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的端部的結(jié)構(gòu)；圖9為一示意圖，顯示出使用了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的板狀偏振分離元件的偏光轉(zhuǎn)換元件的第一結(jié)構(gòu)；圖10為一示意圖，顯示出使用了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的板狀偏振分離元件的偏光轉(zhuǎn)換元件的第二結(jié)構(gòu)；圖11為在圖9中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的改進實施例；圖12為在圖10中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的改進實施例；圖13為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的在其光輸入表面上形成有擋光板(薄膜)的偏光轉(zhuǎn)換元件；圖14為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的在其光輸入表面上形成有擋光板(薄膜)的另一個偏光轉(zhuǎn)換元件；圖15為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱設(shè)置的光學系統(tǒng)的第一實施例；圖16為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱設(shè)置的光學系統(tǒng)的第二實施例；圖17為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱設(shè)置的光學系統(tǒng)的第三實施例；
圖18為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱設(shè)置的光學系統(tǒng)的第四實施例；圖19為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的主要結(jié)構(gòu)；圖20為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第一偏光轉(zhuǎn)換元件；圖21為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第二偏光轉(zhuǎn)換元件；圖22為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第三偏光轉(zhuǎn)換元件；圖23為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第四偏光轉(zhuǎn)換元件；圖24為一示意圖，顯示出在圖20中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的制造過程；圖25為一示意圖，顯示出在圖22中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的制造過程；圖26為一示意圖，顯示出使用了在圖20中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)(照明系統(tǒng))；圖27為一示意圖，顯示出透射式液晶圖像投影設(shè)備；圖28為一示意圖，顯示出反射式液晶圖像投影設(shè)備；圖29A為一示意圖，顯示出用在液晶圖像投影設(shè)備中的偏光轉(zhuǎn)換元件；圖29B為一示意圖，顯示出用在液晶圖像投影設(shè)備中的另一種偏光轉(zhuǎn)換元件；并且圖29C為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明這些實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照這些附圖對本發(fā)明的進行詳細說明。
圖1為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明該實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件設(shè)有多個偏振分離部分10和多個相位調(diào)制部分20。光通量100輸入給每個偏振分離部分10并且分成透射光和其偏振方向與透射光的方向不同的反射光。在偏振分離部分10由一般的多層偏振分離膜形成時，透射光變?yōu)镻偏振，并且反射光變?yōu)镾偏振。在偏振分離部分10反射的反射光再次在相鄰偏振分離部分10處反射，并且變?yōu)榕c透射光平行的光通量。這時，相鄰的光通量100輸入給相鄰偏振分離部分10。但是，在相鄰光通量100輸入給相鄰偏振分離部分10的前表面的位置偏離反射光輸入給相鄰偏振分離部分10的后表面的位置時，透射光和反射光的輸出位置可以彼此偏離。在輸入光通量100相對于偏振分離部分10的光軸的角度確定為45°±一些角度時，透射光的輸出位置偏離反射光的輸出位置。相位調(diào)制部分20設(shè)置在透射光的光路上，并且透射光(P偏振)變?yōu)榕c反射光相同的S偏振。這樣，多層偏振分離膜可以如此形成，從而透射光變?yōu)镾偏振，并且反射光變?yōu)镻偏振。
圖2為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的另一種結(jié)構(gòu)。在該偏光轉(zhuǎn)換元件中，相位調(diào)制部分20設(shè)置在反射光的光路上，并且反射光變?yōu)榕c透射光相同的偏振方向。在圖2中所示的操作與在圖1中的那些相同。
圖29C為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件。如圖29C所示，在沒有使用在圖29A中所示的反射膜2022的情況下只是設(shè)置具有與在蠅眼透鏡2000中的透鏡相同的間距的偏振分離膜2021。通過上面的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)與在圖29A和29B中所示的相同的功能。因此，在其上要形成偏振分離部分10的所要粘接的玻璃板數(shù)量減少至在圖29A和29B中所示的那個數(shù)量的一半。
因此，能夠很容易制造出該偏光轉(zhuǎn)換元件。也就是說在本發(fā)明的實施例中不需要傳統(tǒng)上需要的反射表面(只用于反射的反射膜或分離膜)。偏振分離膜2021的間距可以與在蠅眼透鏡中的透鏡間距相同；因此，可以提高生產(chǎn)率。另外，在圖29C中，將1/2波長板2023設(shè)置在反射光的光路上；但是，該1/2波長板2023可以設(shè)置在偏振分離膜2021上(將在下面進行詳細說明)。
圖3為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第一基本結(jié)構(gòu)。圖4為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第二基本結(jié)構(gòu)。圖5為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第三基本結(jié)構(gòu)。圖6為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的第四基本結(jié)構(gòu)。
在圖3至圖6中，通過布置多個偏振轉(zhuǎn)換部分來形成偏光轉(zhuǎn)換元件，并且偏光轉(zhuǎn)換元件對于“m”個光通量100而言設(shè)有“m+1”個偏振分離部分10(在一些情況中，下面被稱為偏振分離膜和元件)以及“m”個相位調(diào)節(jié)部分20。在該情況中，“m”為2或更大的整數(shù)。具體地說，布置有多個部件(多個偏振轉(zhuǎn)換部分)，其用來輸入光的上表面和從中輸出光的其下表面與輸入光通量100的光軸垂直，并且其與相鄰部件的粘接表面相對于輸入光通量的光軸具有大約60°的斜度(相對于粘接面大約為30°的入射角)或相對于輸入光通量的光軸具有大約30°的斜度(相對于粘接面大約為60°的入射角)。這樣，設(shè)在偏振轉(zhuǎn)換元件的兩個端部處的平行四邊形部件通過切割具有合適的形狀。偏振分離膜10形成在粘接面處。相位調(diào)制部分20(在一些情況中，在下面也被稱為相位調(diào)制膜或元件)設(shè)置在每個部件中的光輸入表面的大致右半部區(qū)域(例如圖3)或者大致左半部區(qū)域(例如圖4)處。
在圖3中，顯示出以與輸入光通量的間距相同的間距設(shè)置的平行四邊形部件陣列。該部件的粘接表面相對于輸入光通量的光軸大約成60°(入射角大約為30°)。偏振分離膜10形成在每個平行四邊形部件中，并且相對于平行四邊形部件的光輸入表面和光輸出表面與光通量100的光軸垂直地設(shè)置。相位調(diào)制元件20設(shè)置在平行四邊形部件的光輸出表面的大致右半部區(qū)域處。
光通量100在相位調(diào)制元件20設(shè)置在部件的相對側(cè)(即上表面)處的位置處輸入給平行四邊形部件的下表面。第i個光通量100i在第i個偏振分離膜10i處分成透射光和反射光。在一般的偏振分離膜中，透射光變?yōu)镻偏振，并且反射光變?yōu)镾偏振。
透射穿過第i個偏振分離膜10i的透射光(P偏振)通過相位調(diào)制元件20i轉(zhuǎn)換成S偏振，并且輸出S偏振。相位調(diào)制元件20i例如可以為1/2波長板。例如，從第i個偏振分離膜10i反射出的反射光(S偏振)由第(i+1)個偏振分離膜10i+1再次反射并且變?yōu)榕c透射光平行的光通量。第(i+1)個光通量100i+1在第(i+1)個偏振分離膜10i+1處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。在用于偏振分離膜10的光通量100的入射角設(shè)定為大約30°(例如，如圖3所示一樣)，第i個反射光在位于第i個透射光和第i+1個透射光之間的大致中間位置處輸出。由于對于反射光沒有設(shè)置相位調(diào)制元件20，所以反射光按原樣作為S偏振輸出。其它反射光(S偏振)與上面的反射光相同。因此，作為非偏振輸入給第1至第m個偏振分離膜的光通量100作為S偏振輸出。
在圖4中，顯示出以與輸入光通量的間距相同的間距設(shè)置的平行四邊形部件陣列的另一個實施例。部件的粘接表面相對于輸入光通量的光軸大約成60°(入射角大約為30°)。偏振分離膜10形成在每個平行四邊形部件中，并且該平行四邊形部件的光輸入表面和光輸出表面垂直于光通量100的光軸設(shè)置。但是，與在圖3中所示的不同的是，相位調(diào)制元件20設(shè)置在每個平行四邊形部件的光輸出表面的大致左半部區(qū)域處。
光通量100在相位調(diào)制元件20沒有設(shè)置在部件的相對側(cè)(即上表面)處的位置處輸入給每個平行四邊形部件的下表面。第i個光通量100i在第i個偏振分離膜10i處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。透射光(P偏振)按原樣透射穿過第i個偏振分離膜10i。從第i個偏振分離膜10i反射出的反射光(S偏振)再次被第(i+1)個偏振分離膜10i+1反射，并且變?yōu)榕c透射光平行的光通量。第(i+1)個光通量100i+1在第(i+1)個偏振分離膜10i+1處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。在用于偏振分離膜10的光通量100的入射角設(shè)定為大約30°(例如，如在圖4中所示一樣)時，第i個反射光在位于第i個透射光和第(i+1)個透射光之間的大致中間位置處輸出。由于對于反射光設(shè)有相位調(diào)制元件20i例如1/2波長板，反射光轉(zhuǎn)換成P偏振并且輸出。其它反射光(S偏振)與上面的反射光相同。因此，作為非偏振輸入給第1至第m個偏振分離膜10的光通量100作為P偏振輸出。
在圖5中，顯示出以與輸入光通量的間距相同的間距設(shè)置的平行四邊形部件陣列的另一個實施例。該部件的粘接表面相對于輸入光通量的光軸成大約30°(入射角大約為60°)。偏振分離膜10形成在每個平行四邊形部件中，并且平行四邊形部件的光輸入表面和光輸出表面與光通量100的光軸垂直地設(shè)置。相位調(diào)制元件20設(shè)置在平行四邊形部件的光輸入表面的大致左半部區(qū)域處。
光通量100在相位調(diào)制元件20設(shè)置在部件的相對側(cè)(即，上表面)處的位置處輸入給平行四邊形部件的下表面。第i個光通量100i在第i個偏振分離膜10i處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。透射穿過第i個偏振分離膜10i的透射光(P偏振)通過相位調(diào)制元件20i例如1/2波長板轉(zhuǎn)換成S偏振，并且將該S偏振輸出。從第i個偏振分離膜10i反射出的反射光(S偏振)通過第(i+1)個偏振分離膜10i+1再次反射，并且變?yōu)榕c透射光平行的光通量。第(i+1)個光通量100i+1在第(i+1)個偏振分離膜10i+1處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。第(i+2)個光通量100i+2在第(i+2)個偏振分離膜10i+2處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。在用于偏振分離膜10的光通量100的入射角設(shè)定為大約60°(例如，如在圖5中所示一樣)時，第i個反射光在位于第(i+1)個透射光和第(i+2)個透射光之間的大致中間位置處輸出。由于對于反射光沒有設(shè)置相位調(diào)制元件20，所以反射光按原樣作為S偏振輸出。其它反射光(S偏振)與上面的反射光相同。因此，作為非偏振輸入給第1至第m個偏振分離膜10的光通量100作為S偏振輸出。這樣，在平行四邊形部件中，透射光越過(cross)來自前面段的反射光；但是，由于光軸彼此不同，所以不會出現(xiàn)任何問題。
在圖6中，顯示出以與輸入光通量的間距相同的間距設(shè)置的平行四邊形部件陣列的另一個實施例。該部件的粘接表面相對于輸入光通量的光軸成大約30°(入射角大約為60°)。偏振分離膜10形成在每個平行四邊形部件中，并且平行四邊形部件的光輸入表面和光輸出表面與光通量100的光軸垂直地設(shè)置。但是與在圖5中所示的不同的是，相位調(diào)制元件20設(shè)置在平行四邊形部件的光輸入表面的大致右半部區(qū)域處。
光通量100在相位調(diào)制元件20未設(shè)置在部件的相對側(cè)(即，上表面)處的位置處輸入給平行四邊形部件的下表面。第i個光通量100i在第i個偏振分離膜10i處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。透射穿過第i個偏振分離膜10i的透射光(P偏振)按原樣作為P偏振輸出。從第i個偏振分離膜10i反射出的反射光(S偏振)通過第(i+1)個偏振分離膜10i+1再次反射，并且變?yōu)榕c透射光平行的光通量。第(i+1)個光通量100i+1在第(i+1)個偏振分離膜10i+1處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。第(i+2)個光通量100i+2在第(i+2)個偏振分離膜10i+2處分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。在用于偏振分離膜10的光通量100的入射角設(shè)定為大約60°(例如，如在圖6中所示一樣)時，第i個反射光在位于第(i+1)個透射光和第(i+2)個透射光之間的大致中間位置處輸出。由于對于第i個反射光設(shè)有相位調(diào)制元件20i例如1/2波長板，所以第i個反射光轉(zhuǎn)換成P偏振。其它反射光(S偏振)與上面的反射光相同。因此，作為非偏振輸入給第1至第m個偏振分離膜10的光通量100作為P偏振輸出。這樣，在平行四邊形部件中，透射光越過來自前面段的反射光；但是，由于光軸彼此不同，所以不會出現(xiàn)任何問題。
如圖3至6所示一樣，在采用平行四邊形部件陣列的情況中，在光通量100相對于偏振分離膜10的入射角設(shè)定為30°或60°時，反射光在位于兩個透射光中間的位置處輸出。但是，由于反射光不與透射光重疊就足夠了，所以入射角不必精確為30°或60°并且入射角可以大約為30°或60°。另外，在輸入的光通量100的尺寸較薄時，可以很容易控制在平行四邊形部件中的光通量，并且也能夠很容易控制輸出光。在光束(光通量100)更薄時，入射角和輸入位置的公差會更大。
接下來將對根據(jù)當前實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的端部結(jié)構(gòu)進行說明。偏光轉(zhuǎn)換元件的端部可以具有各種形狀。圖7為一示意圖，顯示出在圖3和4中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的端部的結(jié)構(gòu)。圖8為一示意圖，顯示出在圖5和6中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的端部的結(jié)構(gòu)。
首先，對在圖7中所示的結(jié)構(gòu)進行說明。在圖7中，光通量100相對于偏振分離膜10的入射角大約為30°。在圖7(a)中，在每個端部處加入平行四邊形部件。在該情況中，長度可以較長，但是由于中間部分的形狀與端部的形狀相同，所以可以通過簡單斜切其中粘接有所需數(shù)量的平行四邊形部件的長形構(gòu)件來形成偏光轉(zhuǎn)換元件。另外，如圖7(b)和7(c)中所示一樣，在將這些端部的不必要部分切掉時，可以縮短該偏光轉(zhuǎn)換元件的總尺寸。在圖7(d)中，從在圖7(c)中所示的那個將第(m+1)個偏振分離膜10m+1(最后的薄膜)切掉，并且第m個光通量100m的反射光不能使用；但是，能夠縮短該偏光轉(zhuǎn)換元件的尺寸。因此，如果能夠獲得所期望的光量，則可以使用在圖7(d)中所示的結(jié)構(gòu)。這樣，在如圖7(e)所示將相位調(diào)制元件20設(shè)置在反射光側(cè)處而不是設(shè)在圖7(a)至7(d)中所示的透射光側(cè)處時，相位調(diào)制部分20的數(shù)量為(m-1)。
接下來對在圖8中所示的結(jié)構(gòu)進行說明。在圖8中，光通量100相對于偏振分離膜10的入射角大約為60°。在圖8(a)中，與圖7(a)類似，在每個端部處加入平行四邊形部件。在與在圖7(c)中所示的類似的圖8(b)中，將這些端部的不必要部分切掉，并且在圖8(c)中，與在圖7(d)中所示的類似，從在圖8(c)中所示的那個將第(m+1)個偏振分離膜10m+1(最后的薄膜)切掉，并且沒有使用第m個光通量100m的反射光。在圖8(d)中，相位調(diào)制元件20設(shè)置在反射光側(cè)處而不是設(shè)在圖8(c)所示的透射光側(cè)處。在圖8(e)中，第m個偏振分離膜10m從在圖8(d)中所示的那個延伸出，并且加入第(m-1)個相位調(diào)制元件20m-1。在圖8中所示的那個的光學效果與在圖7中所示的那個的光學效果幾乎相同；但是，其尺寸可以比在圖7中所示的那個更短。在圖8(d)的情況中，由于不能使用第m和第(m-1)反射光，所以相位調(diào)制元件20的數(shù)量為(m-2)。在圖8(e)的情況中，使用了第(m-1)反射光。
接下來，將對本發(fā)明的第二實施例進行說明。在本發(fā)明的第二實施例中，描述了使用了板狀偏振分離元件而不是使用平行四邊形部件的偏光轉(zhuǎn)換元件。使用了板狀偏振分離元件的偏光轉(zhuǎn)換元件可以獲得與在使用了平行四邊形部件的偏光轉(zhuǎn)換元件中相同的效果。
圖9為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的使用了板狀偏振分離元件的偏光轉(zhuǎn)換元件的第一結(jié)構(gòu)。圖10為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的使用了板狀偏振分離元件的偏光轉(zhuǎn)換元件的第二結(jié)構(gòu)。
在圖9中，與在圖4中所示的對應(yīng)，代替平行四邊形部件，在偏光轉(zhuǎn)換元件中布置有多個板狀偏振分離元件30。該板狀偏振分離元件30以與來自在蠅眼透鏡2000中的透鏡的光通量的間距相同的間距布置，從而板狀偏振分離元件30的偏振分離表面相對于輸入光通量的光軸成大約60°(對于板狀偏振分離元件30的入射角大約為30°)。通向支撐著偏光轉(zhuǎn)換元件的框架的光輸入表面和來自支撐著偏光轉(zhuǎn)換元件的框架的光輸出表面與光通量的光軸垂直，并且與在圖4中所示的類似，相位調(diào)制元件40例如1/2波長板設(shè)置在支撐著板狀偏振分離元件30的框架的光輸出表面的大致左半部區(qū)域處。
在圖10中，與在圖5中所示的對應(yīng)，代替平行四邊形部件，在偏光轉(zhuǎn)換元件中布置有多個板狀偏振分離元件50。該板狀偏振分離元件30以與來自在蠅眼透鏡2000中的透鏡的光通量的間距相同的間距布置，從而板狀偏振分離元件30的偏振分離表面相對于輸入光通量的光軸成大約30°(對于板狀偏振分離元件50的入射角大約為60°)。通向支撐著偏光轉(zhuǎn)換元件的框架的光輸入表面和來自支撐著偏光轉(zhuǎn)換元件的框架的光輸出表面與光通量的光軸垂直，并且與在圖5中所示的類似，相位調(diào)制元件60例如1/2波長板設(shè)置在支撐著板狀偏振分離元件50的框架的光輸出表面的大致左半部區(qū)域處。
在圖9和10中所示的使用了板狀偏振分離元件30(50)的偏光轉(zhuǎn)換元件的情況中，如上所述，板狀偏振分離元件30(50)和相位調(diào)制元件40(60)由適當?shù)目蚣苤?。例如可以通過單面多層薄膜、其兩側(cè)由透明材料夾著的多層薄膜或者線柵過濾器來形成板狀偏振分離元件30(50)；因此，在設(shè)計中的自由度可以較大。另外，不需要進行拋光過程；因此能夠降低成本。
圖11為在圖9中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的改進實施例。圖12為在圖10中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的改進實施例。如圖11和12所示，在板狀偏振分離元件30(50)的情況中，相位調(diào)制元件40(60)可以設(shè)置在除了支撐著偏光轉(zhuǎn)換元件的框架的光輸出表面之外的位置處。在圖11中，相位調(diào)制元件40設(shè)置在板狀偏振分離元件30之間。在板狀偏振分離元件30處的反射光(S偏振)在相位調(diào)制元件40處轉(zhuǎn)換成P偏振，并且P偏振在下一個板狀偏振分離元件30處反射出。在圖12中的操作與在圖11中的那些相同。
在使用板狀偏振分離元件30(50)時，存在這樣的危險，即透射光和反射光沿著入射角隨著板狀偏振分離元件30(50)的厚度變大而變大的方向以相同的間距輸出，從而偏振分離表面的最佳角度受到板厚的影響。在入射角為30°時，由板厚引起的在最佳入射角上的影響會較小，但是在入射角為60°時，由板厚引起的在最佳入射角上的影響會較大。但是，與平行四邊形部件的情況類似，只要透射光和反射光沒有重疊就足夠了。因此，透射光和反射光不必以相同的間距輸出。角度誤差在光通量變薄時變寬。
圖13為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的在其光輸入表面上形成有擋光板(薄膜)的偏光轉(zhuǎn)換元件。圖14為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的在其光輸入表面上形成有擋光板(薄膜)的另一個偏光轉(zhuǎn)換元件。在圖13和14中，擋光板70形成在平行四邊形部件的光輸入表面上。擋光板70還可以形成在具有板狀偏振分離元件的偏光轉(zhuǎn)換元件的光輸入表面上。在擋光板70形成在偏光轉(zhuǎn)換元件的光輸入側(cè)表面上時，通過阻擋不必要的光和閃爍光從而能夠使得偏光轉(zhuǎn)換效率較高。在該情況中，通過透射全部光通量的一半來進行偏光轉(zhuǎn)換。
圖15為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光學系統(tǒng)的第一實施例，其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱地設(shè)置。圖16為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光學系統(tǒng)的第二實施例，其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱地設(shè)置。圖17為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光學系統(tǒng)的第三實施例，其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱地設(shè)置。圖18為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光學系統(tǒng)的第四實施例，其中偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱地設(shè)置。
該偏光轉(zhuǎn)換的操作與上述那些相同；但是，在偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱地設(shè)置在光學系統(tǒng)中時，光路可以中心對稱地形成。因此，能夠很容易建立光學系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。由于偏光轉(zhuǎn)換元件中心對稱地設(shè)置，所以一般來說對于光通量(光束)的數(shù)量為“m”而言，偏振分離元件的數(shù)量為“m+2”并且相位調(diào)制元件的數(shù)量為“m”。如圖16所示，最小單元為“m＝2”的情況，即偏光分離元件10的數(shù)量為四個(101至104)，并且相位調(diào)制元件20的數(shù)量為兩個(201至202)。
在圖15、17和18中，顯示出這樣的實施例，其中偏光轉(zhuǎn)換元件與由用在圖像投影設(shè)備例如投影儀中的第一蠅眼透鏡2000-1和第二蠅眼透鏡2000-2構(gòu)成的光學積分器結(jié)合在一起。在圖15、17和18中所示的光學積分器與在圖27和28中所示的光學積分器1003對應(yīng)。
在圖15中，兩個偏光轉(zhuǎn)換元件200和300相對于第二蠅眼透鏡2000-2的中心對稱地設(shè)置。在圖17中，在偏光轉(zhuǎn)換元件200和300的光輸入表面上另外形成有擋光板70。在圖18中，通過使板狀偏振分離元件50相對于第二蠅眼透鏡2000-2的中心對稱地設(shè)置來形成偏光轉(zhuǎn)換元件400，并且相位調(diào)制元件60設(shè)置在兩個板狀偏振分離元件50之間。在圖15、17和18中，光通量不是平行光；但是，這些光通量聚集在第二蠅眼透鏡2000-2上。因此，輸入給偏光轉(zhuǎn)換元件200和300或400的光束較薄，并且在沒有損失光量的情況下進行偏光轉(zhuǎn)換。在圖17中，擋光板70可以是不必要的，因為聚集在第二蠅眼透鏡2000-2上的光通量輸入給偏光轉(zhuǎn)換元件200和300；但是，在偏光轉(zhuǎn)換元件200和300用在圖像投影設(shè)備例如投影儀中時，光實際上會進入到圖像投影設(shè)備的不必要部分中。擋光板70用來阻擋光進入這些不必要部分中。
圖19為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)。在圖19中，通過使得光通量100的間距與偏振分離元件10的間距不同，從而使偏振分離元件(薄膜)10相對于光通量100的光軸成45度角設(shè)置。也就是說，來自偏振分離元件10i的反射光(S偏振)在與相對于偏振分離元件10i+1的輸入光位置不同的位置處沿著與透射光(P偏振)在偏振分離元件10i處的方向相同的方向反射。在一個相位調(diào)制元件20(i+1)/2例如1/2波長板處將在偏振分離膜10i和10i+1處的透射光(P偏振)調(diào)制成S偏振，并且將該S偏振輸出。在可選的實施例中，如果相位調(diào)制元件20設(shè)置在反射光(S偏振)的光輸出表面上，則透射光和反射光的輸出光可以為P偏振。另外，如果使用了板狀偏振分離元件30，則通過使光通量100的間距與板狀偏振分離元件30的間距不同，從而可以使板狀偏振分離元件30相對于光通量100的光軸成45°設(shè)置。在上面的結(jié)構(gòu)中，相位調(diào)制元件20的數(shù)量可以大約為光通量100的數(shù)量的一半。
接下來，將對本發(fā)明的第四實施例進行說明。圖20為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第一偏光轉(zhuǎn)換元件。圖21為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第二偏光轉(zhuǎn)換元件。圖22為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第三偏光轉(zhuǎn)換元件。圖23為一示意圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第四偏光轉(zhuǎn)換元件。在該第四實施例中，相位調(diào)制元件設(shè)置在偏振分離元件附近并且與之平行，從而相位調(diào)制元件面對著偏振分離元件。尤其是，在偏振分離元件與相位調(diào)制元件平行地設(shè)置時，可以采用其中偏振分離元件與相位調(diào)制元件平行地層疊的結(jié)構(gòu)，并且還可以采用其中相位調(diào)制元件緊挨著設(shè)置在偏振分離元件上的結(jié)構(gòu)。因此，這兩個元件都能夠以高精度設(shè)置。另外，能夠很容易制造偏光轉(zhuǎn)換元件。這將在下面進行詳細說明。
作為相位調(diào)制元件，與第一至第三實施例類似，1/2波長板是合適的。另外，作為相位調(diào)制元件，可以采用具有1/2波長板功能的元件例如具有相位差的薄膜式1/2波長元件，由云母制成的1/2波長元件以及通過結(jié)構(gòu)雙折射而具有1/2波長功能的元件。
作為偏振分離元件，可以采用對光通量具有偏振分離特性的元件例如由介電質(zhì)多層形成的偏振光束分光器以及由金屬格柵制成的線柵式偏振光束分光器。通過只是布置其數(shù)量與輸入光通量相同的偏振轉(zhuǎn)換部分(偏光元件)從而能夠很容易制造偏光轉(zhuǎn)換元件。另外，由于相位調(diào)制元件設(shè)在偏光轉(zhuǎn)換元件中，所以可以使偏光轉(zhuǎn)換元件的特性穩(wěn)定。另外，由于通過使用其上形成有該偏振分離元件的玻璃基板，所以1/2波長板能夠緊挨著設(shè)置在偏光分離元件上，所以導熱性會較高并且能夠提高耐熱性。下面將對該玻璃基板進行說明。
在圖20中，與在圖3中所示的類似，布置有多邊形部件110(在一些情況中，在下面被稱為偏光元件)，其中多邊形部件110的光輸入表面和光輸出表面與輸入的光通量100的光軸垂直并且多邊形部件110的粘接表面相對于輸入光通量100的光軸成大約60°(入射角大約為30°)。另外，例如由偏振分離薄膜制成的偏振分離元件101設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制元件102緊挨著設(shè)置在位于偏振分離元件101上的大致右半部區(qū)域上。
接下來，將對在圖20中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的操作進行說明。將光通量100輸入給相應(yīng)的偏光元件110(平行四邊形部件)。輸入給第i個偏光元件110i的光通量100i分成由偏振分離元件101i反射的S偏振和透射穿過偏振分離元件101i的P偏振。P偏振通過透射穿過相位調(diào)制元件102i而轉(zhuǎn)換成S偏振。由偏振分離元件101i反射的S偏振輸入給第(i+1)個偏光元件110i+1的第(i+1)個偏振分離元件101i+1的一部分，在那里不存在相位調(diào)制元件102i+1，并且由第(i+1)個偏振分離元件101i+1再次反射。由于多個偏振元件110幾乎平行設(shè)置，所以偏光元件110i的透射光和偏光元件110i+1的反射光沿著幾乎相同的方向輸出。
同樣，輸入給第(i+1)個偏光元件110i+1的光通量100i+1通過偏光元件110i+1的偏振分離元件101i+1分成S偏振和P偏振。P偏振(透射光)通過透射穿過相位調(diào)制元件102i+1而轉(zhuǎn)換成S偏振。由偏振分離元件101i+1反射的S偏振輸入給第(i+2)個偏光元件110i+2的第(i+2)個偏振分離元件101i+2的一部分，在那里不存在相位調(diào)制元件102i+2，并且由第(i+2)個偏振分離元件101i+2沿著透射光的相同方向再次反射。
如上所述，在圖20中，與在圖3中所示的類似，隨機或者作為非偏振輸入給偏光元件110的光通量100作為S偏振輸出。另外，由于相位調(diào)制元件102緊挨著設(shè)置在偏光分離元件101上，相位調(diào)制元件102能夠以高精度設(shè)置，并且偏光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)是簡單的。
仍然參照圖20，如果相位調(diào)制元件102設(shè)置在位于偏振分離元件101上的大致左半部區(qū)域上，與在圖4中所示的類似，隨機或者作為非偏振輸入給偏光元件110的光通量100作為P偏振輸出。
在圖21中，與在圖5中所示的類似，布置有多個平行多邊形部件110(在一些情況中，在下面被稱為偏光元件)，其中平行四邊形部件110的光輸入表面和光輸出表面與輸入的光通量100的光軸垂直并且平行四邊形部件110的粘接表面相對于輸入的光通量100的光軸成大約30°(入射角大約為60°)。另外，偏振分離元件101設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制元件102緊挨著設(shè)置在偏振分離元件101的大致左半部區(qū)域上。
在圖21中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的操作與在圖20中所示的那些基本上相同。光通量100輸入給相應(yīng)的偏光元件110。輸入給第i個偏振元件110i的光通量100i分成由偏振分離元件101i反射的S偏振和透射穿過偏振分離元件101i的P偏振。P偏振通過透射穿過相位調(diào)制元件102i而轉(zhuǎn)換成S偏振。由偏振分離元件101i反射的S偏振輸入給第(i+1)個偏光元件110i+1的第(i+1)個偏振分離元件101i+1的一部分，在那里不存在相位調(diào)制元件102i+1，并且由第(i+1)個偏振分離元件101i+1再次反射，并且沿著與透射光相同的方向輸出。
輸入給第(i+1)個偏光元件110i+1的光通量100i+1通過偏光元件110i+1的偏振分離元件101i+1分成S偏振和P偏振。P偏振通過透射穿過相位調(diào)制元件102i+1而轉(zhuǎn)換成S偏振，并且經(jīng)過轉(zhuǎn)換的S偏振在光通量100i的透射光和反射光之間的位置處輸出。由偏振分離元件101i+1反射的S偏振輸入給第(i+2)個偏光元件110i+2的第(i+2)個偏振分離元件101i+2的一部分，在那里不存在相位調(diào)制元件102i+2，并且由第(i+2)個偏振分離元件101i+2沿著偏振分離元件101i+1的透射光的相同方向再次反射。
如上所述，在圖21中，與在圖5中所示的類似，隨機或者作為非偏振輸入給偏光元件110的光通量100作為S偏振輸出。另外，由于相位調(diào)制元件102緊挨著設(shè)置在偏光分離元件101上，相位調(diào)制元件102能夠以高精度設(shè)置，并且偏光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)是簡單的。
仍然參照圖21，如果相位調(diào)制元件102設(shè)置在位于偏振分離元件101上的大致右半部區(qū)域上，與在圖6中所示的類似，輸入給偏光元件110的光通量100作為P偏振輸出。
在圖22中，與在圖20中所示的類似，布置有多個平行多邊形部件110(在一些情況中，在下面被稱為偏光元件)，其中平行四邊形部件110的粘接表面相對于輸入的光通量100的光軸成大約60°(入射角大約為30°)。然而，相位調(diào)制元件102設(shè)置在偏振分離元件101的大致整個區(qū)域上。另外，第二相位調(diào)制元件103與偏振分離元件101和相位調(diào)制元件102平行地設(shè)置。
接下來將對在圖22中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的操作進行說明。光通量100輸入給相應(yīng)的偏光元件110。輸入給第i個偏光元件110i的光通量100i透射穿過第二相位調(diào)制元件103i，并且分成由偏振分離元件101i反射的S偏振和透射穿過偏振分離元件101i的P偏振。P偏振通過透射穿過相位調(diào)制元件102i而轉(zhuǎn)換成S偏振。由偏振分離元件101i反射的S偏振通過透射穿過第二相位調(diào)制元件103i而轉(zhuǎn)換成P偏振，并且將轉(zhuǎn)換成的P偏振輸入給偏光元件110i+1的相位調(diào)制元件102i+1。轉(zhuǎn)換成的P偏振通過透射穿過偏光元件110i+1的相位調(diào)制元件102i+1而轉(zhuǎn)換成S偏振，并且轉(zhuǎn)換成的S偏振在偏振分離元件101i+1處反射并且通過透射穿過相位調(diào)制元件102i+1而轉(zhuǎn)換成P偏轉(zhuǎn)，然后該P偏振通過透射穿過第二相位調(diào)制元件103i而再次轉(zhuǎn)換成S偏振，并且將轉(zhuǎn)換成的S偏振輸出。輸入給第(i+1)個偏光元件110i+1的光通量100i+1的操作與上述那些相同。由于多個偏光元件110基本上相互平行地布置，所以透射光和反射光沿著基本上相同的方向輸出。
如上所述，在圖22中，隨機或者作為非偏振輸入給偏光元件110的光通量100作為S偏振輸出。另外，由于偏振分離元件101以及相位調(diào)制元件102和103具有幾乎相同的結(jié)構(gòu)，所以其制造比在圖20和21中所示的更容易，并且在圖22中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
在圖23中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件為在圖22中所示的改進實施例。也就是說，偏振分離元件101和相位調(diào)制元件102與在圖22中所示的那些相反地設(shè)置，并且使輸出光為P偏振。除了上面的說明之外，其它與在圖22中所示的那些相同。
下面將對在圖23中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的操作進行說明。將這些光通量100輸入給相應(yīng)的偏光元件110。輸入給第i個偏光元件110i的光通量100i透射穿過第二相位調(diào)制元件103i和相位調(diào)制元件102i，并且分成由偏振分離元件101i反射的S偏振和透射穿過偏振分離元件101i的P偏振。P偏振(透射光)按原樣輸出。由偏振分離元件101i反射的S偏振通過透射穿過相位調(diào)制元件102i而轉(zhuǎn)換成P偏振，并且轉(zhuǎn)換成的P偏振通過透射穿過第二相位調(diào)制元件103i而轉(zhuǎn)換成S偏振，并且將S偏振輸入給偏光元件110i+1的偏振分離元件101i+1。S偏振由偏振分離元件101i+1反射，并且通過再次透射穿過第二相位調(diào)制元件103i而轉(zhuǎn)換成P偏振，并且將轉(zhuǎn)換成的P偏振輸出。輸入給第(i+1)偏光元件110i+1的光通量100i+1的操作與上述那些相同。由于多個偏光元件110基本上相互平行地布置，所以透射光和反射光沿著基本上相同的方向輸出。
接下來，將對在圖20和22中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的制造過程進行說明。圖24為一示意圖，顯示出在圖20中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的制造過程。在圖24中，(a)顯示出第一過程，(b)顯示出第二過程，并且(c)顯示出第三過程。首先，在圖24(a)中所示的第一過程中，變?yōu)槠穹蛛x元件101的偏振分離膜形成在兩個表面基本上平行的板狀基板(例如，由玻璃制成的)120上，并且變?yōu)橄辔徽{(diào)制元件102的相位調(diào)制功能部分直接或通過緩沖層形成在偏振分離膜上，從而沒有相位調(diào)制功能的部分以相同的間距形成在兩個相鄰相位調(diào)制功能部分之間。例如通過將笛片狀薄膜式1/2波長板粘接在這些部分處或者通過將多塊1/2波長板粘接在偏振分離膜上來形成相位調(diào)制功能部分。必要時，緩沖層通過粘接劑或通過向偏振分離元件101和/或相位調(diào)制元件102施加表面處理而形成在偏振分離元件101和相位調(diào)制元件102之間，從而提高了在它們之間的粘接強度。在第一過程中，制造出其中形成有偏振分離元件101和相位調(diào)制元件102的多個偏光元件基板125。
接下來在圖24(b)中所示的第二過程中，其中通過使每個偏光元件基板125沿著相位調(diào)制元件102的布置方向偏移預(yù)定長度P，來用粘接劑層疊出形成有偏振分離元件101和相位調(diào)制元件102的多個偏光元件基板125。這樣，在形成有偏振分離元件101和相位調(diào)制元件102的一塊偏光元件基板125的表面粘接在沒有形成偏振分離元件101和相位調(diào)制元件102的另一塊偏光元件基板125的表面上。在多塊偏光元件基板125的粘接中，施加熱固性粘接劑，涂覆UV粘接劑，或者利用紫外線進行硬化。即使在通過設(shè)置笛片狀1/2波長板而在偏振分離膜上形成小臺階時，粘接劑也會使該表面平坦化。通過利用具有結(jié)構(gòu)雙折射而帶來的相位調(diào)制功能的元件來形成相位調(diào)制元件102。在該情況中，可以忽略相位調(diào)制元件102的厚度。
接下來，在圖24(c)中所示的第三過程中，層疊的多塊偏光元件基板125通過沿著層疊方向傾斜預(yù)定長度而被平行切割，然后形成具有平行四邊形形狀的偏光轉(zhuǎn)換元件。最后，可以通過在切割表面上施加鏡面拋光來獲得具有多個平行四邊形部件的偏光轉(zhuǎn)換元件。
在其中將笛片狀波長板粘接在基板上的結(jié)構(gòu)中，存在由于粘接劑的低耐熱性而導致出現(xiàn)燃燒的危險。但是，在當前實施例中，由于波長板與偏振分離元件一起形成在基板上，所以基板的導熱性較高，并且波長板的耐熱性也變得較高。也就是說，能夠提高偏光轉(zhuǎn)換元件的可靠性。也可以通過與上述那些類似的過程制造出在圖21中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件。
圖25為一示意圖，顯示出在圖22中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的制造過程。在圖25中，(a)顯示出第一過程，(b)顯示出第二過程，并且(c)顯示出第三過程。首先，在圖25(a)中所示的第一過程中，變?yōu)槠穹蛛x元件101的偏振分離膜形成在其兩個表面基本上平行的板狀基板(例如，由玻璃制成的)120上，并且變?yōu)橄辔徽{(diào)制元件102的相位調(diào)制功能部分形成在偏振分離膜上；由此，形成偏光元件基板125。在這里，在圖25中所示的偏光元件基板125與在圖24中所示的并不完全一樣；但是，使用了相同的附圖標號。另外，變?yōu)榈诙辔徽{(diào)制元件103的相位調(diào)制膜形成在其形狀和厚度與板狀基板120的那些基本上相同的板狀基板130(例如，由玻璃制成)上；由此，形成相位調(diào)制元件基板135。然后，通過將相位調(diào)制元件基板135粘接在偏光元件基板125的相位調(diào)制膜上來形成層疊組件140。作為相位調(diào)制元件102和第二相位調(diào)制元件103，優(yōu)選采用1/2波長板，并且簡單地將1/2波長板層疊在板狀基板120的偏光分離膜上以及板狀基板130上。在將相位調(diào)制元件基板135粘接在偏光元件基板125上之前，必要時形成緩沖層。該緩沖層通過粘接劑或者通過向偏振分離膜、相位調(diào)制膜和/或基板施加表面處理而形成在偏光分離膜和相位調(diào)制膜之間以及相位調(diào)制膜和基板之間，從而提高了在它們之間的粘接強度。在第一過程中，制造出其中層疊有偏光轉(zhuǎn)換元件基板125和相位調(diào)制元件基板135的多個層疊組件140。
接下來在圖25(b)中所示的第二過程中，通過粘接劑層疊多個層疊組件140。在多個層疊組件140的疊層中，施加熱固性粘接劑，施加UV粘接劑涂層，或者利用紫外線進行硬化。在層疊過程中，通過使每個層疊組件140沿著層疊組件140的延伸方向偏移預(yù)定長度來層疊多個層疊組件，從而一個層疊組件140的板狀基板140的下表面粘接在另一個層疊組件140的相位調(diào)制膜上。
接下來，在圖25(c)中所示的第三過程中，層疊的多塊層疊單元140通過沿著層疊方向傾斜預(yù)定長度而被平行切割，然后形成具有平行四邊形形狀的偏光轉(zhuǎn)換元件。最后，可以通過在切割表面上施加鏡面拋光來獲得具有多個平行四邊形部件的偏光轉(zhuǎn)換元件。
如上所述，如圖25所示，在圖22中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的制造過程中，無需笛片狀1/2波長板，并且基本上形成偏振分離膜和相位調(diào)制膜。因此，制造過程簡單。在這里，當在偏光元件基板125中的板狀基板120上形成偏振分離膜和相位調(diào)制膜的順序相反時，形成在圖23中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件。
另外，如在圖20中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的制造過程中所述一樣，在其中將笛片狀波長板粘接在基板上的結(jié)構(gòu)中，存在由于粘接劑的低耐熱性而導致出現(xiàn)燃燒的危險。但是，在當前實施例中，由于波長板與偏振分離元件一起形成在基板上，所以基板的導熱性較高，并且波長板的耐熱性也變得較高。也就是說，能夠提高偏光轉(zhuǎn)換元件的可靠性。另外，由于相位調(diào)制元件135和偏光元件基板125具有相同的圖案，所以能夠很容易實現(xiàn)偏光轉(zhuǎn)換元件的大規(guī)模生產(chǎn)。
在圖20至23中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件中，如圖13和14中所示，可以在光通量輸入的偏光轉(zhuǎn)換元件的表面上形成擋光板(薄膜)。另外，如圖15至18所示一樣，偏光轉(zhuǎn)換元件能夠中心對稱地布置。
接下來將對其中偏光轉(zhuǎn)換元件用在偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)中的實施例進行說明。圖26為一示意圖，顯示出使用了在圖20中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件的偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)(照明系統(tǒng))。在圖26中，使用了在圖20中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件；但是在該照明系統(tǒng)中可以使用任意的偏光轉(zhuǎn)換元件。
在圖26中，來自光源的光通量400通過聚光元件410分成多個光通量420。聚光元件410為在照明系統(tǒng)中的一個元件，該元件使得來自單個光源的光通量合成一體，并且通常為蠅眼透鏡(或者雙凸透鏡陣列)，其中透鏡陣列二維設(shè)置。使用了兩個蠅眼透鏡410和430，并且第二個蠅眼透鏡430設(shè)置在第一蠅眼透鏡410(聚光元件)的聚光點(瞳孔位置)附近，然后形成單個光源的多個圖像。多個圖像變?yōu)槎吸c光源(secondary point light source)。該二次點光源形成為與第二蠅眼透鏡430的陣列間距對應(yīng)的陣列。通過使用聚光透鏡460等將多個點光源照射在所要照射的物體上。然后，獲得均勻的照明。這種照明系統(tǒng)用在照明設(shè)備例如需要均勻照明的曝光和投影儀中。
如圖15和17所示，在照明系統(tǒng)中，為了有效地使得分開的多個照明光通量成為一個偏振方向的光通量，使用了根據(jù)本發(fā)明實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件450。另外，擋光部分440設(shè)在偏光轉(zhuǎn)換元件450的光通量輸入側(cè)上。這與在圖17中所示的相同。
在普通的照明系統(tǒng)中，由于設(shè)有在圖29A或29B中所示的偏光轉(zhuǎn)換元件，所以需要其數(shù)量為分開光通量數(shù)量兩倍的偏光轉(zhuǎn)換元件。但是，在本發(fā)明中，偏光轉(zhuǎn)換部分的數(shù)量為分開的光通量的數(shù)量。嚴格的說，如圖26所示，四個光通量420只需五個偏光轉(zhuǎn)換部分(偏光元件)就足夠了。也就是說，偏光轉(zhuǎn)換部分的數(shù)量在照明光通量的數(shù)量上增加一個。
在圖26中所示的照明光通量的數(shù)量是一示例，并且實際上為所需光通量的數(shù)量。根據(jù)光通量的數(shù)量來確定偏光轉(zhuǎn)換部分的數(shù)量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的這些實施例，偏光轉(zhuǎn)換部分(偏光元件)在偏光轉(zhuǎn)換元件中布置的數(shù)量少于在普通照明系統(tǒng)中的數(shù)量。因此，根據(jù)本發(fā)明這些實施例的照明系統(tǒng)能夠以較低成本形成。另外，由于布置數(shù)量較少，也就是說布置間距變得相對較大；因此，偏光轉(zhuǎn)換部分的間距誤差和設(shè)置誤差變得較小，并且能夠?qū)崿F(xiàn)具有高偏光轉(zhuǎn)換效率的照明系統(tǒng)。另外，為了實現(xiàn)其中使得偏振方向為一個方向的照明系統(tǒng)，在圖26中，擋光部分440設(shè)置在偏光轉(zhuǎn)換元件450的光通量輸入側(cè)上。傳統(tǒng)上，由于在聚光元件周圍的象差和光源的尺寸限制，所以聚光能力變差，并且偏光也由于從輸入位置之外的其它位置輸入給偏光轉(zhuǎn)換元件的光通量而變差。但是，在設(shè)有擋光部分440時，可以實現(xiàn)具有高偏光的照明系統(tǒng)。
在將根據(jù)本發(fā)明這些實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在照明系統(tǒng)中時，可以實現(xiàn)其中設(shè)有照明系統(tǒng)的圖像投影設(shè)備。也就是說，使用了根據(jù)本發(fā)明這些實施例的偏光轉(zhuǎn)換元件的照明系統(tǒng)(偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng))可以應(yīng)用于在圖27和28中所示的圖像投影設(shè)備。在將該偏光轉(zhuǎn)換元件用在圖像投影設(shè)備中時，是否采用P偏振或S偏振取決于成像元件例如液晶元件的偏光相關(guān)性，并且通過成像元件的特性來確定偏振方向。
另外，本發(fā)明不限于這些實施例，但是可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下作出各種變化和變型。
本申請基于在日本專利局于2005年8月18日提交的日本在先專利申請No.2005-237496和2006年6月7日提交的日本在先專利申請No.2006-158217，這些在先申請的全部內(nèi)容在這里被引用作為參考。
權(quán)利要求
1.一種偏光轉(zhuǎn)換元件，它包括多個偏振分離部分；和多個相位調(diào)制部分，其中輸入給多個偏振分離部分中每一個的光通量分成透射光和反射光，并且一個偏振分離部分的反射光在相鄰偏振分離部分的與相鄰光通量輸入給相鄰偏振分離部分的位置不同的位置處再次反射，并且其中每個反射光沿著與透射光的方向基本上相同的方向輸出，并且所述相位調(diào)制部分設(shè)置在透射光的光路上或設(shè)在反射光的光路上。
2.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中所述偏振分離部分的數(shù)量為“m+1”，其中“m”為2或更大的整數(shù)，并且所述相位調(diào)制部分的數(shù)量為“m”，并且第i光通量，其中“i”為1、2、...或m，在第i偏振分離部分處分成透射光和反射光，且透射光在第i相位調(diào)制部分處輸出，并且反射光在第“i+1”偏振分離部分處再次反射并沿著與透射光的方向相同的方向輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中偏振分離部分的數(shù)量為“m+1”，其中“m”為2或更大的整數(shù)，并且相位調(diào)制部分的數(shù)量為“m”，并且第i光通量，其中“i”為1、2、...或m，分成在第i偏振分離部分處分成透射光和反射光，并且透射光按原樣輸出，反射光在第“i+1”偏振分離部分處再次反射并且在第i相位調(diào)制部分處沿著與透射光的方向相同的方向輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中偏振分離部分的數(shù)量為“m”，并且相位調(diào)制部分的數(shù)量為“m”，并且第i光通量，其中“i”為1、2、...或m，在第i偏振分離部分處分成透射光和反射光，并且透射光在第i相位調(diào)制部分處輸出，并且反射光在第“i+1”偏振分離部分處再次反射并且沿著與透射光的方向相同的方向輸出，此外不存在任何從中第m反射光能夠再次反射的第m+1偏振分離部分。
5.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中偏振分離部分的數(shù)量為“m”，并且相位調(diào)制部分的數(shù)量為“m-1”，并且第i光通量，其中“i”為1、2、...或m，在第i偏振分離部分處分成透射光和反射光，并且透射光按原樣輸出，并且反射光在第“i+1”偏振分離部分處再次反射并且在第“i”相位調(diào)制部分處沿著與透射光的方向相同的方向輸出，此外不存在任何從中第m反射光能夠再次反射的第m+1偏振分離部分，并且不存在任何能夠輸出第m反射光的第m相位調(diào)制部分。
6.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中偏振分離部分的數(shù)量為“m”，并且相位調(diào)制部分的數(shù)量為“m-2”，并且第i光通量，其中“i”為1、2、...或m，在第i偏振分離部分處分成透射光和反射光，并且透射光按原樣輸出，并且反射光在第“i+1”偏振分離部分處再次反射并且在第i相位調(diào)制部分處沿著與透射光的方向相同的方向輸出，此外不存在任何從中相應(yīng)的第m和第m-1反射光能夠再次反射的第m或第m+1偏振分離部分，并且不存在任何能夠輸出第m或第m-1反射光的第m或第m-1相位調(diào)制部分。
7.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個多邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約60°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分設(shè)置在每個平行四邊形部件的光輸出表面的大致右半部區(qū)域上。
8.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個多邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約60°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分設(shè)置在每個平行四邊形部件的光輸出表面的大致左半部區(qū)域上。
9.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個多邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約30°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分設(shè)置在每個平行四邊形部件的光輸出表面的大致左半部區(qū)域上。
10.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個多邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約30°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分設(shè)置在每個平行四邊形部件的光輸出表面的大致右半部區(qū)域上。
11.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中所述偏振分離元件分別包括相對于光通量輸入軸線傾斜大約60°的多個板狀偏振分離元件，并且其中相位調(diào)制部分分別包括設(shè)在每個板狀偏振分離元件的透射光的相應(yīng)光路上的1/2波長板。
12.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中所述偏振分離元件分別包括相對于光通量輸入軸線傾斜大約60°的多個板狀偏振分離元件，并且其中相位調(diào)制部分分別包括設(shè)在每個板狀偏振分離元件的反射光的相應(yīng)光路上的1/2波長板。
13.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中所述偏振分離元件分別包括相對于光通量輸入軸線傾斜大約30°的多個板狀偏振分離元件，并且其中相位調(diào)制部分分別包括設(shè)在每個板狀偏振分離元件的透射光的相應(yīng)光路上的1/2波長板。
14.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中所述偏振分離元件分別包括相對于光通量輸入軸線傾斜大約30°的多個板狀偏振分離元件，并且其中相位調(diào)制部分分別包括設(shè)在每個板狀偏振分離元件的反射光的相應(yīng)光路上的1/2波長板。
15.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個平行四邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約60°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分與偏振分離部分平行地設(shè)置，從而面對著每個平行四邊形部件的偏振分離部分上表面的大致右半部區(qū)域上。
16.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個平行四邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約60°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分與偏振分離部分平行地設(shè)置，從而面對著每個平行四邊形部件的偏振分離部分上表面的大致左半部區(qū)域上。
17.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個平行四邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約30°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分與偏振分離部分平行地設(shè)置，從而面對著每個平行四邊形部件的偏振分離部分上表面的大致左半部區(qū)域上。
18.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個平行四邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約30°的斜度，其中偏振分離部分設(shè)置在粘接表面上，并且相位調(diào)制部分與偏振分離部分平行地設(shè)置，從而面對著每個平行四邊形部件的偏振分離部分上表面的大致右半部區(qū)域上。
19.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括多個平行四邊形部件，其光輸入表面和其光輸出表面與光通量輸入軸線垂直，并且其與相鄰平行四邊形部件的粘接表面相對于光通量輸入軸線成大約30°的斜度，其中偏振分離部分和相位調(diào)制部分平行地設(shè)置在粘接表面上從而彼此面對，并且在每個平行四邊形部件中與偏振分離部分和相位調(diào)制部分平行地設(shè)有第二相位調(diào)制部分。
20.如權(quán)利要求19所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中偏振分離部分和相位調(diào)制部分按照這個順序設(shè)置在粘接表面上。
21.如權(quán)利要求19所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中相位調(diào)制部分和偏振分離部分按照這個順序設(shè)置在粘接表面上。
22.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，還包括設(shè)置在偏光轉(zhuǎn)換元件的光通量輸入表面上的擋光組件，以便阻擋除了輸入光通量的光之外的光。
23.如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件，其中所述偏光轉(zhuǎn)換元件設(shè)置成中心對稱。
24.一種制造偏光轉(zhuǎn)換元件的方法，該方法包括以下步驟在板狀基板上形成偏振分離膜；以預(yù)定的間距將1/2波長板粘接在偏振分離膜上，由此形成偏光元件基板；通過層疊多塊偏光元件基板來形成層疊體，從而一個偏光元件基板的其上形成有偏振分離膜和1/2波長板的表面粘接在另一塊偏光元件基板的其上沒有形成偏振分離膜和1/2波長板的表面上，其中每塊偏光元件基板沿著1/2波長板的布置方向偏移預(yù)定長度；并且通過沿著層疊方向傾斜所偏移的預(yù)定長度來切割所述層疊體，由此形成具有平行四邊形形狀的偏光轉(zhuǎn)換元件。
25.一種制造偏光轉(zhuǎn)換元件的方法，該方法包括以下步驟在第一板狀基板上形成偏振分離膜；在偏振分離膜上形成第一相位調(diào)制膜，由此形成偏光元件基板；在第二板狀基板上形成第二相位調(diào)制膜，由此形成相位調(diào)制元件基板，其中第二板狀基板的厚度與第一板狀基板的厚度基本上相同；通過將相位調(diào)制元件基板粘接在偏光元件基板上來形成層疊組件；通過層疊多個層疊組件來形成層疊體，從而一個層疊組件的第一板狀基板的下表面粘接在另一個層疊組件的第二相位調(diào)制膜上；并且通過沿著層疊方向傾斜所偏移的預(yù)定長度來切割所述層疊體，由此形成具有平行四邊形形狀的偏光轉(zhuǎn)換元件。
26.一種偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1所述的偏光轉(zhuǎn)換元件；以及雙凸透鏡陣列或蠅眼透鏡，其透鏡間距為與偏光轉(zhuǎn)換元件的偏振分離部分的間距相同的布置間距，其中雙凸透鏡陣列或蠅眼透鏡設(shè)置在所述偏光轉(zhuǎn)換元件的前面，并且透射穿過在雙凸透鏡陣列或蠅眼透鏡中的第i透鏡(i為整數(shù))的光通量輸入給第i偏振分離部分。
27.一種圖像投影設(shè)備，該圖像投影設(shè)備通過投影光學系統(tǒng)投影具有偏振相關(guān)性的成像元件的圖像，該設(shè)備包括位于用來照明所述成像元件的照明系統(tǒng)的光路上的如權(quán)利要求26所述的偏光轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)。
全文摘要
一種偏光轉(zhuǎn)換元件，包括多個偏振分離部分和多個相位調(diào)制部分。光通量通過輸入給每一個偏振分離部分而分成透射光(P偏振)和反射光(S偏振)。在偏振分離部分處反射的反射光通過在與光通量輸入給相鄰偏振分離部分的位置不同的位置處在相鄰偏振分離部分處再次反射而沿著與透射光的方向相同的方向輸出。相位調(diào)制部分設(shè)置在透射光或反射光的光路上，并且輸出光變?yōu)橄嗤钠狻?br> 文檔編號G02F1/1335GK101080658SQ20068000139
公開日2007年11月28日 申請日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者前田育夫, 藤田和弘 申請人:株式會社理光